圆弧旋转式同步飞剪专用控制驱动系统(Rotary Cut)
      　　
      为何需要同步飞剪系统?
      在企业已经全球化的同时，各行各业的竞争也越来越激烈。时至今日，各种产业机械的效能评比标准也逐渐地大幅提高。客户在评估一台产业加工机械的效能时，不但要检验产出成品的精准度是否合格；同时更要计算每台机械每分钟的生产效率是否比竞争者更快更高。如果机械制造厂设计生产出的机台，其效能不被客户接受，则不是机台卖不出去，或是只好降价求售无法获取合理利润。因此有许多行业的生产机械在这种严酷的评估标准检验之下，都必须重新探讨机械动作设计的合理化。
      旋转式飞剪机械基本架构
      图9 为旋转式同步动态裁切(飞剪)机的简单图标。注意上下两组裁切刀轮同时被伺服马达带动，各依箭头所示方向相对旋转。刀轮之上的刀刃必须作精密的调整，当上刀轮之刀刃旋转至正下方时，下刀刃恰好转至正上方；如此，才能执行正确的裁切。每次裁切刀轮旋转一圈，便自动将材料切断一次；马达只要在相同方向连续运转，刀轮便能连续裁切。因此，裁切效率比「往复式」为佳，自不待言。
      
      
图9: 旋转式飞剪机械基本架构
       
      旋转式飞剪系统之基本组成要素及其功能
       
      旋转式同步飞剪控制驱动系统：(PDS-RC)
      

    接受PLC及HMI输入的运转命令及长度设定
    侦测量测轮编码器传回之脉冲，得知进料速度及进料长度。
    控制伺服马达之运转速度及同步定位动作

      HMI(Human Machine Interface)：人机接口
      

    接受设定资料及显示运转状态

      PLC：过程控制器
      

    处理基本之接口、互锁、连动信号

      Rotary Knife：裁切刀轮
      

    裁切刀轮为上下镜射、各带刀刃的一组回转机构

      Servo Motor：无刷伺服马达 或 感应伺服马达
      

    带动裁切刀轮之主动力

      Gear Assembly：齿轮组合
      

    将马达动力传送至上下裁切刀轮

      Measure Roll with Encoder：附编码器的量测轮
      

    直接紧密的接触待切材料，靠材料之横移而带动编码器产生脉冲信号

       
      旋转式飞剪机之动作说明
      

图10,11,12为旋转式飞剪机的三种标准运行曲线。在进一步说明之前，必须先熟习下列重要名词：
       
      「裁切刀轮(Rotary Knife)」
      

    上下镜射、各带刀刃的一组回转机构，用来执行裁切加工动作。

      「裁切点 (Cut Point) 」
      

    当裁切刀轮旋转至上下两组刀刃恰好相切时，定义这一点为「裁切点」。

      「裁切点侦测装置(Cut Point Sensor)」及「裁切点信号 (Cut Point Signal) 」
      

    裁切点侦测装置(高速型)安装于裁切刀轮适当之处，用来侦测裁切刀轮是否经过裁切点。每次裁切刀轮经过裁切点的瞬间，立刻产生一个触发信号，称之为「裁切点信号 (Cut Point Signal) 」。

      「裁刀圆周长 (Circumference of Rotary Knife) 」
      

    计算裁切刀轮的圆周长是以「刀刃切合点到圆心之距离当成半径」，旋转一周所得的圆周长度，属于机械特性参数。(单位：Meter)

      「裁刀速度 (Linear Speed of Rotary Knife) 」
      

    裁刀之刀刃的等效线速度。(单位：Meter/Min)

      「裁刀方位角 (Angle of Rotary Knife) 」
      

    裁刀之刀刃所对应的方位角度，范围从0度到360度。
    裁刀方位角在裁切点时，定义为180度。

      「进料速度 (In-Feed Speed) 」
      

    待裁切材料的进料线速度。(单位：Meter/Min)

      「进料长度 (In-Feed Length) 」
      

    累计进料之长度。(单位：Meter)

      「裁切长度 (Cut Length) 」
      

    每次裁切所要的成品长度。(单位：Meter)

      「同步区域 (Synchronous Zone) 」
      

    以「裁切点」为中心(裁刀方位角=180度)，扩及其前后一定范围之内称为同步区域。在同步区域内「裁刀速度」与「进料速度」必须保持完全同步。同步区域的范围大小在设计刀刃形状时已经决定，属于机械特性参数。

      「同步角度 (Synchronous Zone expressed in Angle) 」
      

    以角度为单位衡量同步区域。(单位：度)

      「同步长度 (Synchronous Zone expressed in Length) 」
      

    以等效线性长度衡量同步区域。(单位：Meter)

      「切长圆周比 (Ratio between Cut Length and Circumference) 」
      

    「裁切长度」与「裁刀圆周长」之比率。

      「超速比 (Ratio between Peak Rotary Speed and In-feed Speed) 」
      

    在同一次裁切循环当中，「裁刀速度」之最大值与「进料速度」的比率。

      「裁切循环(Cut Cycle)」
      

    两个裁切点之间为一次完整的裁切循环。

       
      运行速度曲线之说明
      

在一次完整的「裁切循环」之内，「裁刀速度」曲线下方的面积等于「裁刀圆周长」；「进料速度」曲线下方的面积等于「裁切长度」。因此「切长圆周比」是旋转裁切动作时，重要的参考指针。为了讨论方便，一般都先假设「同步区域」不大，可忽略之；于是便根据「切长圆周比」的大小，决定运行速度曲线的基本型态：

图10：「切长圆周比」大于2
图11：「切长圆周比」小于2，大于1
图12：「切长圆周比」小于1
如果「切长圆周比」恰好等于1则是特例；图形将介于图11与图12之间。此时，裁刀速度与进料速度在整个裁切循环之内完全相同；因此刀轮旋转一圈所得到的裁切长度当然等于裁刀圆周长。
       
      
      图10: (切长圆周比>2) 之运转曲线
      如果「切长圆周比」大于2，运行速度曲线如图10所示；整个「裁切循环」从第一个「裁切点」开始到第二个「裁切点」结束，重点分段说明如下：
1. PDS-RC控制系统随时监控「进料长度」与「进料速度」并控制伺服马达带动「裁切刀轮」，掌握正确的「裁刀速度」曲线。
2. 从第一个「裁切点」开始 (「裁刀方位角」等于180度)，当时仍然在「同步区域」内，因此裁刀速度必须与进料速度维持同步运转。
3. 当「裁切刀轮」离开同步区域后，裁刀速度曲线经过控制系统精确的计算、控制，在降低到零速的同时，「裁刀方位角」也必须刚好等于0度。
4. 当「进料长度」累计到适当长度时，「裁切刀轮」开始朝「进料速度」目标加速；而且裁刀速度曲线经过控制系统精确的计算、控制，务求在「裁刀速度」上升到与「进料速度」同步的同时，「裁切刀轮」也恰好进入「同步区域」。
6. 进入同步区域之后，裁刀速度必须随时与进料速度维持同步运转，直到第二个「裁切点」出现，乃完成一次「裁切循环」。
「切长圆周比」可以趋近无限大。当「切长圆周比」越大时，图10唯一的变化仅有「零速区域(Zero Speed Zone)」延长而已。
       
      
      图11: (2>切长圆周比>1) 之运转曲线
      如果「切长圆周比」小于2且大于1，则运行速度曲线如图11所示。基本运行速度曲线类似图10。差异如下：
1. 在整个「裁切循环」中，当「裁切刀轮」离开同步区域后，「裁刀速度」虽然也会下降，但不会降速至零速停止，不存在「零速区域」。
2. 经过PDS-RC控制系统精确的计算、控制，在「裁刀速度」降低到一定值之后，立刻开始再加速；务求在「裁刀速度」上升到与「进料速度」同步的同时，「裁切刀轮」也恰好进入「同步区域」；并维持同步直到第二个「裁切点」出现，乃完成一次「裁切循环」。
3. 切长圆周比」越趋近1，则速度下降越少；当「切长圆周比」等于1时，「裁刀速度」在整个「裁切循环」中都维持与「进料速度」完全同步。
       
      
      图12: (切长圆周比<1) 之运转曲线
      如果「切长圆周比」小于1，则运行速度曲线如图12所示；基本运行速度曲线类似图11。差异如下：
1. 在整个「裁切循环」中，当「裁切刀轮」离开同步区域后，「裁刀速度」不降速，反而开始加速。
2. 经过PDS-RC控制系统精确的计算、控制，在「裁刀速度」上升到一定值之后，立刻开始减速；务求在「裁刀速度」下降到与「进料速度」同步的同时，「裁切刀轮」也恰好进入「同步区域」；并维持同步直到第二个「裁切点」出现，乃完成一次「裁切循环」。
3. 「切长圆周比」越趋近0，则「裁刀速度」上升越高；「超速比」也越大。但是「超速比」如果太大，将造成马达剧烈的加减速。
       
      
      图13: 多刀设计，有效降低「裁刀圆周长」可改善「超速比」
      由于「裁刀速度」之最大值受限于选定马达的最高转速；因此「超速比」的限制将导致「进料速度」无法提高，影响机器的产能。故降低「超速比」是一般「短尺寸裁切机」必须解决的重要课题。如图13表示，裁刀如果采用「多刀」的设计，相等于降低「等效裁刀圆周长」，而不需改变裁刀之实际半径。故前述的计算公式可以改为：
当一只切刀变成四只切刀时，「等效裁刀圆周长」将减少成原来的1/4，「切长圆周比」也可以增加4倍。至于几只刀具为最佳值，则由机械设计者评估「裁刀半径的合理化」及「可能裁切长度的范围」等因素决定之；其最终目的是让机台在运转时，「切长圆周比」越接近1越好。从图11、图12可以明显的看出，「切长圆周比」越接近1时，马达就不需要做剧烈的加减速动作。
       
       
      PDS-RC 旋转式同步飞剪专用控制系统之特点
      

    运动控制器与伺服驱动器(Motion Control + Servo Drive)结合一体

      

    无刷伺服(Brushless)及感应伺服(Induction)皆适用

      

    内含32Bit 高性能CPU，125us动态高速计算回路

      

    长度以八位数( 0~99,999,999 )设定可精确至um单位

      

    可接受400Kpps高速测长脉冲信号(A/Bphase，CW/CCW，CK/DIR皆可)

      

    自动追踪主线速度并计算前置量S曲线加速

      

    S曲线加速时，内含扭力补偿，可快速同步并减少裁切误差

      

    可追认印刷点(Print Mark)自动修正裁切长度

      

    提供Mark-Window，增强Mark辨识能力

      

    可设定五组任意角度之辅助电子凸轮输出(反应速度2ms)

      

    两组长度设定可运转中设定或切换

      

    具备仿真线速输入功能方便试车

      

    内含人性化的自动长度转换机能

      

    内含Modbusrs/RS485可以直接用人机接口设定或由PC，PLC 通信设定

      

    主动的运算各项运转资料，有利于系统运转中监控

      

    *可附加高速 Profibus Option

       
      适用场合
      

    卧式包装机、立式包装机
    电线定长裁剪机
    卡纸、瓦楞纸定长裁切机